Design-Praxis

Displayschnittstellen im Vergleich

6. September 2018, 16:44 Uhr | Rudolf Sosnowsky, Leiter Technik bei Hy-Line Computer Components

Wer hat das nicht schon einmal erlebt: Der Vortragende betritt mit seinem Notebook die Bühne, greift nach dem Projektorstecker und stellt fest - passt nicht! Und schon beginnt die hektische Suche nach einem Adapter. Wäre eine einzige Schnittstelle zur Verbindung aller Geräte nicht viel einfacher?

Solche Verbindungsprobleme sind gar nicht unwahrscheinlich. Der VGA-Stecker hat sich zwar als Quasistandard durchgesetzt, Leitungslänge und Auflösung sind jedoch limitiert. Schnell kommt es zu unscharfen Konturen und Geisterbildern. Moderne Notebooks setzen daher auf digitale Schnittstellen; mobile Geräte wie z.B. von Apple haben proprietäre Anschlüsse, die ohne Adapter nicht in die Welt der herkömmlichen Präsentationstechniken passen. Es müsste eine einheitliche Schnittstelle geben, die jede Bildquelle mit jedem beliebigen Display, Monitor oder Projektor verbinden kann. Warum konnte sich diese Idee bislang nicht durchsetzen?

Die Ursache liegt in den zahlreichen Anforderungen begründet:

der Hardwareaufwand soll so gering wie möglich sein
auch die Gesamtkosten sollen gering ausfallen
die Auflösung und die damit verbundene Bandbreite soll hoch genug ausfallen, um auch die nächste Displaygeneration anschließen zu können
der Stecker soll robust genug für raue Industrieumgebungen ausfallen
die Aufwärtskompatibilität soll gewährleistet sein, um Monitore auch in Zukunft betreiben zu können
eine hervorragende EMV innerhalb zulässiger Grenzwerte
das Kabel soll möglichst dünn und flexibel ausfallen, um auch durch Scharniere und bewegliche Gehäuseteile geführt werden zu können
Lizenzgebühren müssen beachtet werden: Anwender aus Industrie und Medizin übertragen nur Inhalte, die sie selber erzeugen und frei von Urheberrechten Dritter sind. Andere hingegen können auf den von Rechteinhabern verlangten Kopierschutz nicht verzichten und müssen für dessen Nutzung Lizenzgebühren zahlen.

Es gibt also zu viele Randbedingungen, die nicht alle unter einen Hut zu bringen sind. Welche Schnittstellen werden überhaupt eingesetzt? Es gibt externe Schnittstellen, die eine Bildquelle (z.B. einen PC) mit einer Bildsenke (z.B. einem Monitor) verbinden. Eine Auswahl davon zeigt Bild 1.

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Zunächst ist zwischen externen und internen Schnittstellen (Bild 2) zu unterscheiden. Externe Schnittstellen sind von außen zugänglich und verbinden Geräte. Interne Schnittstellen werden innerhalb von Geräten eingesetzt und verbinden Baugruppen miteinander, etwa das Scalerboard mit dem Display. Bild 3 konsolidiert die Werte für Speicherbedarf und (Netto-)Datenrate in Abhängigkeit der Auflösung.

Interfaces&Pinouts im Vergleich

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Offensichtlich können nicht alle Anforderungen mit einer einzigen Schnittstelle wirtschaftlich erfüllt werden. Für monochrome Displays ohne Graustufendarstellung fasst ein Byte exakt acht Bildpunkte. Bei zusätzlichen Graustufen steigt der Aufwand logarithmisch an: 16 Graustufen werden durch 4 Bit repräsentiert, 64 Graustufen benötigen 6 Bit und für Vollfarbdisplays stellen 8 Bit pro Pixel und pro Primärfarbe die Information bereit.
Ebenso steigt der Speicherbedarf um einen Frame (Bildinhalt) zwischenzuspeichern. Er berechnet sich aus dem Produkt von Bildbreite und Bildhöhe, multipliziert mit der Farbtiefe in Bit. Für die flackerfreie Wahrnehmung muss der Bildcontroller diesen Speicherinhalt 60 Mal pro Sekunde an das Display übertragen.